聚变堆第一壁W/Cu连接界面强化的分子动力学研究
发布时间：2021-10-10 22:19
聚变堆第一壁作为面向等离子体部件,其抗热冲击和抗热疲劳性能备受关注。但由于技术条件限制,不同材料的连接界面上会残留亚微米或纳米尺度缺陷,成为界面开裂和疲劳的潜在威胁。由于这种微缺陷难以在线探测,且工程上注重满足宏观性能,这方面的研究目前尚未受到足够的重视。本研究利用分子动力学模型,针对安全性要求高的聚变堆第一壁钨材料层（面向等离子体材料）和铜层（热沉材料）的连接界面,先后开展了热等静压参数影响、界面强化,冲击波原位消除亚微米/纳米尺度缺陷效应以及冲击波在多晶铜内的微观传播特性等系列研究,主要研究成果如下:1、在等静压条件下,提高焊接温度能加快界面的原子扩散速度;而等静温条件下,提升焊接压力会抑制界面原子扩散速度。在高静压环境下,提升温度对界面原子的扩散性能有重要影响。2、材料界面纳米化能影响热等静压界面的原子扩散进程,但最终扩散深度取决于焊接温度。目前热等静压的压力和温度条件,无法消除连接界面上的微/纳米缺陷。3、在较低的冲击速度下,单晶材料内产生的冲击波明显分为前驱弹性波和后继塑性波的双波结构。随着冲击强度的增加,塑性波逐渐赶上弹性波,双波结构消失。晶向差异对冲击波后区域及跨晶界后的...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：110 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景
1.2 国内外研究现状
1.2.1 实验研究和有限元模拟研究现状
1.2.2 微观模拟研究现状
1.3 本文研究内容
第2章 计算方法和数据处理及误差分析方法
2.1 分子动力学的目标
2.2 分子动力学原理
2.3 初始条件
2.4 力的计算
2.5 边界条件
2.6 长程相互作用
2.7 积分方法
2.8 热力学系综
2.9 加速模拟
2.10 数据分析和误差估计
2.11 本章小结
第3章 热等静压焊接微观机制
3.1 引言
3.2 外部压强对热等静压过程的影响
3.2.1 计算模型及参数设置
3.2.2 外部压强对热等静压过程的影响
3.3 温度对热等静压过程的影响
3.4 材料晶向对焊接过程的影响
3.4.1 计算模型
3.4.2 不同晶向计算结果比较
3.5 界面形状对焊接过程的影响
3.5.1 计算模型
3.5.2 计算结果及分析
3.6 界面存在纳米级孔隙
3.7 本章小结
第4章 原位消除CuW界面纳米级缺陷
4.1 引言
4.2 消除界面附近位于Cu一侧的纳米级半球型缺陷
4.2.1 计算模型及计算过程
4.2.2 半球形缺陷的消除过程
4.2.3 抗疲劳分析
4.3 缺陷形状和位置的影响
4.3.1 计算模型
4.3.2 原位消除缺陷的结果
4.3.3 热处理结果
4.3.4 热疲劳分析
4.4 一种消除纳米尺度缺陷的处理途径
4.5 本章小结
第5章 Cu内冲击波跨晶界传播的应力分配机制
5.1 引言
5.2 冲击波在单晶Cu内传播
5.2.1 计算模型
5.2.2 冲击波在单晶Cu内传播模拟结果
5.3 冲击波在Cu内跨晶界传播
5.3.1 计算模型
5.3.2 冲击波在Cu内跨晶界传播模拟结果和分析
5.4 多晶界面对于消除缺陷的影响
5.4.1 计算模型
5.4.2 消除半球形缺陷结果分析
5.5 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 工作展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]压力对CuCr25粉末热等静压致密化影响的数值模拟[J]. 张院,王发展. 热加工工艺. 2018(02)
[2]Deformation and Spallation of Explosive Welded Steels under Gas Gun Shock Loading[J]. 余颖,李超,马宏昊,祁美兰,罗胜年. Chinese Physics Letters. 2018(01)
[3]热等静压在稀有难熔金属产品制备中的应用[J]. 林小辉,李来平,李斌,梁静,薛建嵘,张小明. 粉末冶金工业. 2017(03)
[4]K4169合金大型薄壁铸件热等静压试验[J]. 李波,王宇飞,张立新,刘艳,赵剑青. 铸造. 2016(12)
[5]热等静压对第二代单晶高温合金DD6显微组织和力学性能的影响[J]. 郭会明,赵云松,郑帅,许剑伟,张剑,骆宇时,董建新. 材料工程. 2016(10)
[6]SiC纤维增强钛基复合材料残余应力的数值模拟[J]. 张志超,王玉敏,李玉芳,柏春光. 材料研究学报. 2016(05)
[7]热等静压温度对K438合金显微组织和高温力学性能的影响[J]. 张明军,姜华,孔金令,陈晶阳,汤鑫,肖程波. 材料热处理学报. 2015(12)
[8]W/CuCrZr合金热等静压焊接[J]. 王钦,杨发展,朱海龙,练友运,李宗秦,刘翔,童洪辉,沈丽如. 中国有色金属学报. 2015(02)
[9]纳米多晶铜中冲击波阵面的分子动力学研究[J]. 马文,陆彦文. 物理学报. 2013(03)
[10]热等静压在铸造高温合金领域的应用[J]. 邵冲,刘慧渊,李俊涛,马章林,赵明汉. 材料导报. 2012(19)
博士论文
[1]热等静压法制备CFETR包层第一壁钨/钢模块研究[D]. 王纪超.中国科学技术大学 2017
[2]纳米多孔金属铜冲击响应的分子动力学模拟研究[D]. 赵丰鹏.中国科学技术大学 2014
[3]冲击压缩下纳米多晶金属塑性及相变机制的分子动力学研究[D]. 马文.国防科学技术大学 2011
硕士论文
[1]热等静压Ti-47.5Al-2Cr-2Nb-0.2W-0.2B合金高温变形行为研究[D]. 鲍颖.哈尔滨理工大学 2017
[2]热等静压整体近净成形Ti6A14V叶盘有限元模拟与性能研究[D]. 黄俊.华中科技大学 2015
[3]具有功能涂层的Ti6Al4V叶盘热等静压一体化成形工艺研究[D]. 吴言.华中科技大学 2015
[4]残留缺陷对铸造TiAl合金择优取向层片组织疲劳寿命的影响[D]. 韩波.昆明理工大学 2015
[5]钛合金热等静压近净成形过程数值模拟及制件性能研究[D]. 蔺广科.华中科技大学 2012
[6]Be/Cu合金热等静压扩散连接工艺和机理研究[D]. 谭佳梅.重庆大学 2007
本文编号：3429253
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：110 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景
1.2 国内外研究现状
1.2.1 实验研究和有限元模拟研究现状
1.2.2 微观模拟研究现状
1.3 本文研究内容
第2章 计算方法和数据处理及误差分析方法
2.1 分子动力学的目标
2.2 分子动力学原理
2.3 初始条件
2.4 力的计算
2.5 边界条件
2.6 长程相互作用
2.7 积分方法
2.8 热力学系综
2.9 加速模拟
2.10 数据分析和误差估计
2.11 本章小结
第3章 热等静压焊接微观机制
3.1 引言
3.2 外部压强对热等静压过程的影响
3.2.1 计算模型及参数设置
3.2.2 外部压强对热等静压过程的影响
3.3 温度对热等静压过程的影响
3.4 材料晶向对焊接过程的影响
3.4.1 计算模型
3.4.2 不同晶向计算结果比较
3.5 界面形状对焊接过程的影响
3.5.1 计算模型
3.5.2 计算结果及分析
3.6 界面存在纳米级孔隙
3.7 本章小结
第4章 原位消除CuW界面纳米级缺陷
4.1 引言
4.2 消除界面附近位于Cu一侧的纳米级半球型缺陷
4.2.1 计算模型及计算过程
4.2.2 半球形缺陷的消除过程
4.2.3 抗疲劳分析
4.3 缺陷形状和位置的影响
4.3.1 计算模型
4.3.2 原位消除缺陷的结果
4.3.3 热处理结果
4.3.4 热疲劳分析
4.4 一种消除纳米尺度缺陷的处理途径
4.5 本章小结
第5章 Cu内冲击波跨晶界传播的应力分配机制
5.1 引言
5.2 冲击波在单晶Cu内传播
5.2.1 计算模型
5.2.2 冲击波在单晶Cu内传播模拟结果
5.3 冲击波在Cu内跨晶界传播
5.3.1 计算模型
5.3.2 冲击波在Cu内跨晶界传播模拟结果和分析
5.4 多晶界面对于消除缺陷的影响
5.4.1 计算模型
5.4.2 消除半球形缺陷结果分析
5.5 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 工作展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]压力对CuCr25粉末热等静压致密化影响的数值模拟[J]. 张院,王发展. 热加工工艺. 2018(02)
[2]Deformation and Spallation of Explosive Welded Steels under Gas Gun Shock Loading[J]. 余颖,李超,马宏昊,祁美兰,罗胜年. Chinese Physics Letters. 2018(01)
[3]热等静压在稀有难熔金属产品制备中的应用[J]. 林小辉,李来平,李斌,梁静,薛建嵘,张小明. 粉末冶金工业. 2017(03)
[4]K4169合金大型薄壁铸件热等静压试验[J]. 李波,王宇飞,张立新,刘艳,赵剑青. 铸造. 2016(12)
[5]热等静压对第二代单晶高温合金DD6显微组织和力学性能的影响[J]. 郭会明,赵云松,郑帅,许剑伟,张剑,骆宇时,董建新. 材料工程. 2016(10)
[6]SiC纤维增强钛基复合材料残余应力的数值模拟[J]. 张志超,王玉敏,李玉芳,柏春光. 材料研究学报. 2016(05)
[7]热等静压温度对K438合金显微组织和高温力学性能的影响[J]. 张明军,姜华,孔金令,陈晶阳,汤鑫,肖程波. 材料热处理学报. 2015(12)
[8]W/CuCrZr合金热等静压焊接[J]. 王钦,杨发展,朱海龙,练友运,李宗秦,刘翔,童洪辉,沈丽如. 中国有色金属学报. 2015(02)
[9]纳米多晶铜中冲击波阵面的分子动力学研究[J]. 马文,陆彦文. 物理学报. 2013(03)
[10]热等静压在铸造高温合金领域的应用[J]. 邵冲,刘慧渊,李俊涛,马章林,赵明汉. 材料导报. 2012(19)
博士论文
[1]热等静压法制备CFETR包层第一壁钨/钢模块研究[D]. 王纪超.中国科学技术大学 2017
[2]纳米多孔金属铜冲击响应的分子动力学模拟研究[D]. 赵丰鹏.中国科学技术大学 2014
[3]冲击压缩下纳米多晶金属塑性及相变机制的分子动力学研究[D]. 马文.国防科学技术大学 2011
硕士论文
[1]热等静压Ti-47.5Al-2Cr-2Nb-0.2W-0.2B合金高温变形行为研究[D]. 鲍颖.哈尔滨理工大学 2017
[2]热等静压整体近净成形Ti6A14V叶盘有限元模拟与性能研究[D]. 黄俊.华中科技大学 2015
[3]具有功能涂层的Ti6Al4V叶盘热等静压一体化成形工艺研究[D]. 吴言.华中科技大学 2015
[4]残留缺陷对铸造TiAl合金择优取向层片组织疲劳寿命的影响[D]. 韩波.昆明理工大学 2015
[5]钛合金热等静压近净成形过程数值模拟及制件性能研究[D]. 蔺广科.华中科技大学 2012
[6]Be/Cu合金热等静压扩散连接工艺和机理研究[D]. 谭佳梅.重庆大学 2007
本文编号：3429253
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3429253.html
